真三轴加载条件下花岗岩岩爆过程的声发射时空演化特征研究

摘要

当前，随着深部地下工程的大量开展，岩爆地质灾害日益频发，时刻威胁着施工人员的生命安全并严重影响工程施工进度。岩爆是高地应力条件下深部岩体开挖卸荷后引起的围岩弹射破坏现象。岩爆发生机制十分复杂，目前如何准确预测岩爆依旧是世界性热点难题。声发射作为一种无损检测方法，能够实时监测岩爆破坏过程中岩石破坏过程，是岩爆预测的主要手段之一。
　　本文利用真三轴岩爆试验系统，对花岗岩开展真三轴加载条件下岩爆过程的声发射试验研究，通过分析岩爆过程的声发射特征参数、频谱、小波能量演化特征以及声发射事件的三维时空演化规律，初步揭示了真三轴加载条件下花岗岩岩爆过程的声发射时空演化特征，主要结论如下:
　　(1)通过分析声发射特征参数的演化特征，可以发现，岩爆孕育前期，振铃撞击比较小，绝对能量累积处于相对较低的水平，声发射RA值基本处在小于50ms/V的较低水平;岩爆发生前夕，振铃撞击比大幅突增，绝对能量累积呈阶梯式增长，RA值较高、幅值较大的声发射信号增多;岩爆发生阶段，振铃撞击比从较高值跌落至较低值，绝对能量累积达到最大值，RA值呈现出较宽的分布特征。
　　(2)通过分析声发射频谱及小波能量的演化特征，可以发现，岩爆孕育前期，以低频的主频信号为主，且幅值相对较低，优势频段（基于小波分析能量占比最大的频段）以小于125kHz的低频段为主;岩爆发生前夕，中、高频信号大量涌现，主频带由离散形态转变为连续形态，优势频段为中、高频段信号占比增加，尤其以250～500kHz优势频段信号占比增加最明显;岩爆发生阶段，声发射呈低频高幅特征，优势频段重新转入小于125kHz的低频段。
　　(3)通过分析声发射事件时空演化特征，可以发现，岩爆孕育前期，声发射事件点由分散态趋于聚集态，新增事件由临空面向岩样内部方向转移;岩爆发生前夕，声发射事件成核区在距临空面较远处成形，临空面附近区域事件点增多;岩爆发生阶段，岩样临空面附近声发射活跃，岩样内部出现明显的声发射事件成核区，表明临空面附近出现了岩板劈裂现象，距临空面较远处出现了宏观剪切破坏现象。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 声发射的研究现状

1．2．2 声发射在岩爆方面的研究现状

1．3 目前研究存在的不足

1．4 研究内容及技术路线

1．4．2 技术路线

第二章 真三轴加载条件下花岗岩岩爆声发射试验

2．1 引言

2．2 真三轴岩爆试验系统

2．3 声发射监测系统

2．3．1 声发射技术简介

2．3．2 声发射系统简介及试验参数设置

2．4 真三轴条件下花岗岩岩爆声发射试验

2．4．1 岩样制备

2．4．2 加载方案

2．4．3 试验结果

2．5 本章小结

第三章 声发射特征参数与频谱演化特征

3．1 引言

3．2 振铃撞击比和绝对能量累积演化特征

3．3 声发射RA值演化特征

3．4 声发射频谱的演化特征

3．4．1 AE信号频谱变换方法

3．4．2 加载全过程声发射信号主频演化特征

3．5 本章小结

第四章 声发射小波能量演化特征

4．1 引言

4．2 小波分析理论

4．3 声发射信号小波能量分析

4．3．1 声发射信号波形预处理

4．3．2 声发射信号小波能量优势频段演化特征

4．4 本章小结

第五章 声发射事件三维时空演化特征

5．1 引言

5．2 声发射定位简介

5．3 声发射事件三维空间演化特征

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

论文发表及参加科研项目情况